Diese Visualisierung zeigt das Zusammenspiel von infrarotem Licht mit doppelschichtigem Graphen. Die Interaktion entsteht durch spezielle Elektronenflüsse.
Graphen ist eines der faszinierendsten Materialien in der Physik und den Materialwissenschaften. Es besteht aus einem nur eine Atomlage dicken Gitter aus Kohlenstoffatomen, deren hexagonale Anordnung dem Muster eines Maschendrahtzauns ähnelt. Wenn man zwei dieser Schichten kombiniert und in einem bestimmten Winkel verdreht, entstehen Wechselwirkungen, die sogar Licht bändigen können.
Diese speziellen optischen Eigenschaften des doppelschichtigen Graphens wurden zwar schon in der Theorie vermutet, konnten aber nie am Experiment nachgewiesen werden. Einem Team unter der Leitung des Barcelona Institute of Science and Technology ist dies nun erstmals gelungen. Dafür bestrahlten die Wissenschaftler das Graphen mit infrarotem Licht und untersuchten die Reaktion des Materials in einer Größenordnung von 20 Nanometern.
Entscheidend für die elektromagnetischen Wechselwirkungen im Graphen sind sogenannte Plasmonen. Das sind quantisierte Wellen von Elektronen, die in dem verdrehten doppelschichtigen Graphen auftreten und durch eine Art Moiré-Effekt verstärkt werden. Dieser Effekt kommt von den wiederkehrenden Strukturen des Kohlenstoffgitters und sorgt für variierende Elektronendichten innerhalb des Materials.
Die Plasmonen können mit infrarotem Licht interagieren und es so leiten. Die Strömungen sind von der lokalen Struktur des Graphens abhängig und könnten somit gezielt eingesetzt werden. Die Wissenschaftler sehen ihre Forschung deshalb als Grundlage für zukünftige Analyseverfahren. Gas- und Biomoleküle könnten dabei mithilfe der Plasmonen optisch detektiert werden.
